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透射型氧化亚铜太阳能电池促进无插头电动汽车和交通电气化发展
2022/10/13 7:41:06 材料来源：功率系统设计
新开发的Cu2O太阳能电池的PCE高达9.5%，东芝将于10月在日本举行的混合型国际技术展览会CEATEC 2022上展示这项技术进步，并于11月13日至17日在日本名古屋名古屋会议中心举行的第33届国际光伏科学与工程会议（PVSEC-33）上展示这一技术进步。
在世界范围内推广可再生能源作为主流能源供应，并努力实现交通电气化，这为太阳能电池创造了机会。东芝致力于利用其技术能力推进碳中和，作为其中的一部分，东芝正在开发高效、可靠、低成本的串联太阳能电池，可安装在空间有限的车辆和火车上。
最近，日本东芝公司的研究人员在开发高效、低成本、高可靠性串联太阳能电池的工作中取得了重大进展，该电池通过将透明太阳能电池叠放在标准硅电池上，从而提高太阳能电池板的产量。
基于迄今为止取得的成就，研究人员报道了一种转换效率（PCE）为9.5%的透明氧化亚铜（Cu2O）太阳能电池，这是迄今为止Cu2O电池所达到的最高水平。这是通过扩大其前身实现的，该前身于2021 12月宣布，并指出了大规模生产的潜力。预计新电池将推动无需充电的电动汽车的发展，并推动其他移动应用，如高空平台站、平流层电信平台。
Cu2O-Si串联太阳能电池可以安装在电动汽车上
串联电池将太阳能电池置于标准硅电池之上。这种电池以不同波长发电，提高了面积输出，并有很大潜力提高太阳能组件的效率。
除了透明Cu2O电池外，东芝还正在研究其他两种串联电池技术：砷化镓（GaAs）或其他III-V材料的制造；钙钛矿晶体薄膜。前者的生产成本是单个硅电池成本的几百到几千倍，严重限制了其应用。后者还不能提供硅电池20年以上寿命所需的可靠性和保证输出。
东芝Cu2O-Si串联太阳能电池示意图
东芝的研发专注于透明Cu2O电池的优势：使用自然丰富的材料制造，降低成本；坚硬、结实、防潮的材料，所有这些都保证了可靠性；以及透光率质量，为高水平发电效率开辟了道路。
在室内实验室环境中，裸露的Cu2O电池在一年内几乎没有发电效率或透射率损失，这表明其具有高可靠性。
东芝的辛勤努力现已取得成果。在日本新能源和工业技术发展组织（NEDO）支持的一个研究项目中，研究人员将Cu2O电池的PCE提高到9.5%，比去年报道的8.4%整整提高了1.1%。这是通过扩大电池片和抑制Cu2O生成层边缘的载流子复合来实现的，这会降低生成效率。
东芝公司研发中心研究员、研究团队负责人山本和司解释说：“我们发现，较大的电池片尺寸可以有效抑制光载体重组。将发电面积从原来的3x3mm2增加到10x3mm2，电池边缘的复合相对减少，由此产生的光电流增加将PCE推到9.5%。”
放大电池片尺寸时光学载体的移动（从顶部看）
东芝估计，将新的Cu2O太阳能电池放置在25%PCE硅电池上，可以实现28.5%PCE的Cu2O-Si串联电池，显著超过26.7%，是所有标准硅电池的最高PCE，接近29.1%，是所有砷化镓电池的最高PCE。
根据NEDO规定的测试标准，东芝发现，一次充电可以使当前的Cu2O-Si串联电池为电动汽车（EV）提供37公里的动力，而太阳能电池的进一步改进有望达到理论上的最大效率42.3%，从而将里程扩大到接近55公里。这两者都被认为是无需充电的短途旅行的实际距离，并且会降低较长行程的充电频率。
东芝以实际的Cu2O-Si串联电池为目标，该电池具有10%的PCE-Cu2O电池和30%的总PCE，新电池记录了实现这一目标的进展。考虑到大规模生产，该公司正在努力扩大电池尺寸，并已制造出发电面积为40mm2、PCE约为8%的原型。更大电池的效率下降是由于膜层不均匀，东芝继续改进薄膜沉积技术，以便在更大的面积上均匀沉积。
原型40mm2透明Cu2O太阳能电池
2025财年，东芝将与东芝能源系统与解决方案公司合作，开发与当今主流硅太阳能电池尺寸相同的串联电池制造技术。该公司还将开发适用于电动汽车和其他移动设备的4端Cu2O-Si串联太阳能电池的生产技术。
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